超大直徑泥水盾構(gòu)穿越長(zhǎng)江大堤施工技術(shù)

楊有詩(shī) 中鐵十四局集團(tuán)有限公司

超大直徑泥水盾構(gòu)穿越長(zhǎng)江大堤施工技術(shù)

楊有詩(shī) 中鐵十四局集團(tuán)有限公司

本文通過(guò)南京長(zhǎng)江隧道工程右線隧道穿越長(zhǎng)江大堤的施工實(shí)例，介紹了超大直徑泥水盾構(gòu)穿越長(zhǎng)江大堤的施工技術(shù)和控制措施，對(duì)類似盾構(gòu)施工具有重要指導(dǎo)意義。

超大直徑；泥水盾構(gòu)；長(zhǎng)江大堤；施工技術(shù)

super large diameter; slurry shield , the Yangtze river embankment; construction technology

1 工程概況

南京長(zhǎng)江隧道工程左汊盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)為雙向6車道，隧道長(zhǎng)3022m，采用兩臺(tái)直徑Φ14.93m的泥水盾構(gòu)、由江北始發(fā)井出發(fā)，同向掘進(jìn)施工，隧道管片內(nèi)徑13. 3m，外徑14.5m，厚度60cm。南京長(zhǎng)江隧道于RK3＋733.7處下穿長(zhǎng)江北岸防洪堤，基底至隧道頂?shù)木嚯x在11.5～12.5m之間，長(zhǎng)江防洪堤為重要防洪工程，保護(hù)等級(jí)定為二級(jí)，在盾構(gòu)通過(guò)時(shí)必須確保防洪堤萬(wàn)無(wú)一失。長(zhǎng)江防洪堤與盾構(gòu)隧道的位置關(guān)系見(jiàn)圖1。

盾構(gòu)機(jī)穿越長(zhǎng)江大堤時(shí)間選擇在2008年3月份，屬于長(zhǎng)江枯水期。

2 風(fēng)險(xiǎn)分析

盾構(gòu)穿越長(zhǎng)江大堤時(shí)，主要的風(fēng)險(xiǎn)即由于盾構(gòu)掘進(jìn)掌子面失穩(wěn)造成地層坍塌，從而引起大堤坍塌，造成江水涌出危及附近群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全；其次在盾構(gòu)穿越大堤時(shí)可能因?yàn)槟嗨畨毫^(guò)大擊穿覆土層，造成江水由盾尾密封處或管片防水薄弱位置涌入隧道，給施工人員和設(shè)備造成威脅。

3 施工技術(shù)措施

3.1 施工調(diào)查

施工前我項(xiàng)目部認(rèn)真對(duì)長(zhǎng)江防洪大堤進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查，明確其結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)狀況。進(jìn)一步判斷接近施工影響程度。已查明長(zhǎng)江防洪堤為素土回填，迎水面為30cm厚干砌塊石，砂漿灌縫，背水面為黏土回填，上有植被覆蓋（江堤防護(hù)林）。

3.2 水土壓力控制

施工過(guò)程中加強(qiáng)泥水管理，并根據(jù)周圍地層的滲透性調(diào)整泥漿性狀，以保持泥水倉(cāng)壓力與開挖面水土壓力平衡。

⑴ 切口泥水壓力值的設(shè)定是控制開挖面水土壓力平衡的關(guān)鍵：切口水壓力波動(dòng)太大，會(huì)增加正面土體的擾動(dòng)，導(dǎo)致影響大堤的穩(wěn)定，因此應(yīng)盡可能減少切口水壓波動(dòng)，在技術(shù)上要求操作人員由自動(dòng)控制改為人工手動(dòng)控制，將切口水壓波動(dòng)值控制在-0.1bar～+0.1bar之間，保證掌子面穩(wěn)定。

⑵ 加強(qiáng)對(duì)正面土體的支護(hù)，采用重漿推進(jìn)。泥水進(jìn)漿比重控制在1.15～1.20g/cm3之間，黏度控制在23～25s。泥水采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土結(jié)合不同級(jí)別的大分子材料和原植物纖維、惰性礦物質(zhì)組裝的新型材料進(jìn)行調(diào)制。

⑶ 在推進(jìn)過(guò)程中，要加大泥漿測(cè)試頻率，及時(shí)調(diào)整泥漿質(zhì)量，保證推進(jìn)順利進(jìn)行。

⑷ 開挖過(guò)程中加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)操作管理，減少盾構(gòu)機(jī)偏轉(zhuǎn)和橫向偏移，防止蛇行發(fā)生，保持地層的穩(wěn)定。

3.3 管片壁后注漿管理

同步注漿材料為水泥砂漿，施工時(shí)通過(guò)同步注漿及時(shí)充填建筑空隙，減少施工過(guò)程中的土體變形，保證長(zhǎng)江大堤的穩(wěn)固不受破壞。另外根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，同當(dāng)同步注漿無(wú)法滿足要求時(shí)，則通過(guò)管片預(yù)留的二次注漿孔灌注雙液漿（水泥漿和水玻璃），在較短時(shí)間內(nèi)使土體固結(jié)穩(wěn)定從而對(duì)大堤進(jìn)行補(bǔ)充加固。

3.4 加強(qiáng)盾尾保護(hù)

盾構(gòu)穿越大堤區(qū)域?qū)儆谕杆禂?shù)大，自穩(wěn)性差的地層，其顯著特點(diǎn)就是對(duì)盾尾密封止水性能的要求非常高，在掘進(jìn)過(guò)程中，要時(shí)刻注意盾尾是否有漏漿情況，并每掘進(jìn)一段距離要通過(guò)二次補(bǔ)漿孔進(jìn)行檢查（距離可根據(jù)實(shí)際情況而定），如發(fā)現(xiàn)漏或油脂倉(cāng)內(nèi)油脂含有其他雜質(zhì)時(shí)，要及時(shí)清洗油脂倉(cāng)。

3.5 跟蹤注漿補(bǔ)強(qiáng)

在盾構(gòu)通過(guò)過(guò)程中，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況采用跟蹤注漿對(duì)防洪堤地基進(jìn)行加固，加固方案為在盾構(gòu)軸線周圍各25m范圍內(nèi)，在大堤背水面坡角預(yù)埋PVC注漿管，注漿管與鉛垂面呈30度夾角，距隧道頂3m，間距1m。

4 監(jiān)控量測(cè)

在盾構(gòu)機(jī)穿越大堤施工過(guò)程中，必須隨時(shí)了解和掌握盾構(gòu)掘進(jìn)前后的變形位移情況和地表沉降、地下水位變化、土體位移對(duì)大堤以及周圍建筑物的影響等，將信息反饋給設(shè)計(jì)、監(jiān)理、優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)及施工方法，組織信息化施工，實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，因此需對(duì)隧道施工的全過(guò)程進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)，以確保大堤及隧道的施工安全。監(jiān)測(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)人員及方式見(jiàn)表一。

5 應(yīng)急預(yù)案

表一

表二

盾構(gòu)穿越長(zhǎng)江大堤前召開專項(xiàng)會(huì)議，針對(duì)可能出現(xiàn)的各類風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行討論分析，并制定相應(yīng)的對(duì)策，詳見(jiàn)表二。

具體操作控制要點(diǎn)如下：

⑴為防止大堤坍塌，在掘進(jìn)過(guò)程中需安排專人檢查掘進(jìn)指令是否落實(shí)到位，泥水參數(shù)是否符合要求。

⑵地面監(jiān)測(cè)情況需及時(shí)反饋至值班領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)人員和盾構(gòu)機(jī)、泥水場(chǎng)操作人員處。

⑶如長(zhǎng)江大堤出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，需提高泥水倉(cāng)壓力，增加泥水比重，增加大堤的跟蹤注漿孔數(shù)量，加大注漿量，以對(duì)大堤底部進(jìn)行加固，防止坍塌進(jìn)一步發(fā)展；同時(shí)對(duì)大堤坍塌區(qū)域進(jìn)行粘土回填，防止江水涌入。

⑷如發(fā)生江面冒漿現(xiàn)象，說(shuō)明泥水壓力已擊穿覆土層，此時(shí)江水與泥水倉(cāng)已發(fā)生水力聯(lián)系，可能發(fā)生大量的泥漿泄漏和水土流失，此時(shí)需適當(dāng)調(diào)低泥漿壓力，加大泥漿比重，增加掘進(jìn)速度，使盾構(gòu)迅速穿越冒漿區(qū)。盾構(gòu)穿越冒漿區(qū)后，停機(jī)補(bǔ)充注漿，封閉貫通縫。

⑸如發(fā)生江水涌入隧道現(xiàn)象，說(shuō)明盾尾密封或管片止水條存在部分失效現(xiàn)象，此時(shí)需先進(jìn)行強(qiáng)排水，防止盾構(gòu)機(jī)部件被水浸泡，同時(shí)查明漏水部位，如管片滲漏水，可采取注聚氨酯等常規(guī)混凝土堵漏工藝；如盾尾漏水可啟動(dòng)盾尾應(yīng)急密封裝置，加大油脂和同步注漿量，以起到防水止水的作用。

⑹為確保以上措施工的順利實(shí)施，在盾構(gòu)穿越大堤前安排對(duì)所有設(shè)備、材料、人員到位情況進(jìn)行全面檢查。

6 施工反饋

⑴盾構(gòu)機(jī)穿越長(zhǎng)江大堤過(guò)程中，因長(zhǎng)江大堤背水面一側(cè)有植被（防護(hù)林），迎水面一側(cè)為漿砌片石護(hù)坡，對(duì)沉降均不敏感，所以均未發(fā)現(xiàn)沉降。大堤頂部為粘土回填，對(duì)沉降較敏感，盾構(gòu)機(jī)開挖時(shí)有20mm左右的沉降，盾體穿越過(guò)程中有10mm左右的沉降，管片脫出該位置后有幾毫米的隆起。均在允許隆陷值控制－10/+30mm設(shè)計(jì)值以內(nèi)，大堤安然無(wú)恙。

⑵盾構(gòu)機(jī)穿越長(zhǎng)江大堤過(guò)程中，大堤頂部靠背水面一側(cè)發(fā)生輕微冒漿現(xiàn)象，但漿液自冒漿位置1米遠(yuǎn)處滲入地下，說(shuō)明大堤在施工過(guò)程中背水面一側(cè)未進(jìn)行壓實(shí)，地層較松散。冒漿發(fā)生后，采取了降低泥水壓力，提高泥漿比重的措施，使冒漿得到控制。

⑶盾構(gòu)機(jī)穿越長(zhǎng)江大堤過(guò)程中，管片未發(fā)生破損，盾尾未發(fā)生滲漏水，施工處于可控狀態(tài)，施工過(guò)程中對(duì)大堤的正常交通未產(chǎn)生影響。

7 施工體會(huì)

超大直徑泥水盾構(gòu)機(jī)作為城市快速交通穿江越河的利器，不可避免的要從江河堤防下穿越，能否順利的穿越大堤不但影響著施工進(jìn)度，還關(guān)系著人民群眾的生命安全。通過(guò)本工程的成功經(jīng)驗(yàn)，證明通過(guò)詳細(xì)的施工調(diào)查、合理的掘進(jìn)參數(shù)（泥水壓力、泥漿指標(biāo)、注漿壓力、注漿量、砂漿指標(biāo)等）、精細(xì)的操作管理（盾尾保護(hù)、管片拼裝等）和完備的應(yīng)急措施下，超大直徑泥水盾構(gòu)完全可以在無(wú)損的情況下完成對(duì)長(zhǎng)江大堤或同類堤防的穿越。另外選擇在枯水期穿越江河，對(duì)規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)也是較為有利的。

［1］盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范［S]. GB50446-200.30-33

［2］胡登輝，耿云鵬.盾構(gòu)機(jī)以D模式推進(jìn)工藝穿越安慶長(zhǎng)江大堤[J].石油工程建設(shè).2010年01期：25-28

In this paper, as example of right lane of Nanjing Yangtze river tunnel project, it describes the construction techniques and control measures of across the Yangtze River embankment for the super large diameter slurry shield, it has important guiding significance for similar to shield tunnel construction.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.030